汽车电力电子学是以汽车构造与原理、现代电力电子学、计算机科学、电工学、电子学、控制理论等学科为理论基础,研究电力电子器件、电力电子电路及电力电子装置在汽车上应用的多学科交叉的综合性学科,可以简单概括为关于电力电子技术在汽车领域应用的相关知识或理论。
汽车电力电子系统(或部件)已经成为汽车的重要组成部分,其自身的性能对汽车的动力性、经济性、可靠性、安全性、稳定性和舒适性等具有直接而重要的影响。汽车电力电子技术已经成为现代汽车领域关注和研究的热点。
目前,在以内燃机为动力的传统汽车上,电力电子技术应用非常广泛,从发电机到起动机,从照明系统到发动机控制系统,处处都存在电力电子技术。传统汽车正在发展中的一些前沿技术,如智能电气系统、底盘电气化系统以及各类线控技术等,更是离不开电力电子技术。
进入21世纪以来,随着人们对能源严重短缺和环境污染等问题的重视,新能源汽车开始成为汽车厂商和研发机构的研究热点。无论是纯电动汽车还是混合动力汽车或被人们视为更加绿色环保的燃料电池汽车,电力电子技术都在其中扮演着重要角色。
近年来受到普遍关注的智能汽车,由于采用了更多的电气执行部件,电力电子相关技术得到了更广泛的应用。
汽车的工作环境具有高温、高寒、高湿、高振动、高海拔等特点,对电力电子器件、电力电子电路、电力电子控制等方面提出了非常高的要求,因此汽车技术自身的发展也推动了电力电子技术进步。
汽车电力电子学相关知识的普及以及对相关理论的进一步深入研究具有非常重要的意义。
为了适应汽车技术快速发展和人才培养的需求,清华大学开设了“汽车电力电子学”课程。借鉴该课程讲义和多年教学经验,同时吸收了近年来国内外最新的汽车电力电子技术成果,编者编写了本书。
本书共分8章。第1章为绪论,介绍汽车电力电子学的发展历程、应用领域以及汽车电力电子技术的特点和发展趋势; 第2章介绍汽车常用电力电子器件的结构、原理和特性; 第3章分析汽车电力电子系统的可靠性以及汽车电力电子器件的使用方法; 第4章阐述传统汽车中的电力电子技术; 第5章介绍电动汽车的直流直流变换器; 第6章介绍电动汽车的驱动电机系统; 第7章介绍电动汽车的充电系统; 第8章介绍汽车电力电子系统的电磁兼容。
本书得到了国家重点研发计划项目(编号: 2016YFE0102200、2018YFB0105502)和北京市自然科学基金项目(编号: 3172019)的支持,并引用了项目的部分研究成果。
在本书的编写过程中,编者得到了清华大学汽车工程系众多同事的支持以及新能源汽车研究团队的大力帮助,编者所在汽车电力电子与电机驱动课题组的研究生参与了本书部分文字和图形的校对工作,在此向他们表示衷心的感谢。
书后列出了主要的参考文献。在此,对所有参考文献的作者表示诚挚的谢意。
本书可作为高等院校车辆工程、机械工程、交通运输等专业本科生和研究生的教材或参考书,也可作为相关科研机构和汽车行业的技术人员的参考书。
由于编写时间较短、相关资料不足和编者水平有限,本书难免存在许多不足之处,恳请广大读者批评指正,并将意见和建议反馈,以便进一步修订和完善。
编者
2018年8月于清华园